راهکار کاهش هارمونیک برای ایستگاه‌های قدرت نوین: مدیریت جامع هارمونیک‌های با فرکانس بالا در پارک‌های خورشیدی
Ⅰ. سناریوی مشکل
تزریق هارمونیک‌های با فرکانس بالا از گروه‌های مبدل‌های نیروگاه خورشیدی
در طول عملکرد نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز در مقیاس بزرگ، عملکرد موازی چندین مبدل منجر به تولید هارمونیک‌های پهن‌باند در محدوده ۱۵۰-۲۵۰۰ هرتز (عمدتاً هارمونیک‌های ۲۳ام تا ۴۹ام) می‌شود که منجر به مشکلات زیر در سمت شبکه می‌شود:
- تشویه کلی هارمونیک جریان (THDi) به ۱۲.۳٪ رسیدن، که قابل توجهی از حدود استاندارد IEEE 519-2014 فراتر می‌رود.
- منجر به بارگذاری بیش از حد بانک‌های خازنه، گرم شدن و عملکرد نادرست دستگاه‌های محافظ شده است.
- افزایش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) که تجهیزات حساس نزدیک را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
II. راه‌حل اصلی
استفاده از توپولوژی فیلتر غیرفعال LC، ساخت مدارهای جذب هارمونیک مؤثر با استفاده از واکنش‌دهنده‌های سفارشی + بانک‌های خازنه.
- انتخاب تجهیزات کلیدی
|
نوع تجهیزات |
مدل/مشخصات |
عملکرد اصلی |
|
واکنش‌دهنده سری بدون آب بر پایه آهن |
نوع CKSC (طراحی سفارشی) |
فراهم کردن واکنش‌خوردگی القایی دقیق، که هارمونیک‌های با فرکانس بالا را مهار می‌کند. |
|
بانک خازنه فیلتر |
نوع BSMJ (انتخاب متناسب) |
رزونانس با واکنش‌دهنده‌ها برای جذب باندهای هارمونیک خاص. |
- طراحی پارامترهای فنی
القای واکنش‌دهنده: ۰.۵mH ±۵٪ (@فرکانس بنیادی ۵۰ هرتز)
ضریب کیفیت (Q): >۵۰ (ضمنی می‌کند فیلترهای با فرکانس بالا با ضریب کمتر از گم‌شدن)
طبقه‌بندی عایق: طبقه H (مقاوم در دمای طولانی مدت ۱۸۰ درجه سانتیگراد)
تنظیم نسبت واکنش: ۵.۵٪ (بهینه‌سازی شده برای باند فرکانس بالای ۲۳ام تا ۴۹ام)
ساختار توپولوژی: اتصال دلتا (Δ) (توانایی شاخه‌ای هارمونیک‌های مرتبه بالا را افزایش می‌دهد) - نکات کلیدی طراحی سیستم فیلتر
محاسبه فرکانس رزونانس:
f_res = ۱/(۲π√(L·C)) = ۲۱۱۰ هرتز
پوشش دقیق باند فرکانس هدف (۱۵۰-۲۵۰۰ هرتز)، جذب محلی هارمونیک‌های با فرکانس بالا را انجام می‌دهد.
III. اعتبارسنجی اثربخشی کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMC)
|
شاخص |
قبل از کاهش |
بعد از کاهش |
حد مجاز استاندارد |
|
THDi |
۱۲.۳٪ |
۳.۸٪ |
≤۵٪ (IEEE 519) |
|
تشویه هارمونیک انفرادی |
تا ۸.۲٪ |
≤۱.۵٪ |
مطابق با GB/T 14549 |
|
افزایش دما در خازنه |
۷۵K |
۴۵K |
مطابق با IEC 60831 |
IV. مزایای پیاده‌سازی مهندسی
- فیلترینگ با کارایی بالا:
طراحی با نسبت واکنش ۵.۵٪ به طور خاص هارمونیک‌های بالاتر از مرتبه ۲۳ام را مهار می‌کند، که ۴۰٪ بهبود در پاسخ فرکانس بالا نسبت به طرح‌های سنتی ۷٪ ارائه می‌دهد. - امنیت و قابلیت اطمینان:
سیستم عایق دارای طبقه دمایی H اطمینان می‌دهد که تجهیزات به صورت پایدار در محیط‌های بیرونی با دمای محدوده -۴۰ درجه سانتیگراد تا +۶۵ درجه سانتیگراد عملکرد داشته باشند. - بهینه‌سازی هزینه:
طراحی با ضریب کمتر از گم‌شدن (Q > ۵۰) منجر به مصرف بیش از ۰.۳٪ توان خروجی سیستم می‌شود.
V. پیشنهادات نصب
- مکان نصب: باربر سمت پایین ولتاژ در زیرстан ۳۵kV.
- پیکربندی: هر بانک خازنه ۲Mvar با ۱۰ واکنش‌دهنده CKSC به صورت سری (با تغییر خودکار گروهی).
- نیاز به نظارت: نصب آنالیزگر هارمونیک آنلاین برای ردیابی تغییرات THDi در زمان واقعی.
ارزش راه‌حل: به طور موثر آلودگی هارمونیک با فرکانس بالا در نیروگاه‌های انرژی تجدیدپذیر را حل می‌کند، عمر خازنه را بیش از ۳۷٪ افزایش می‌دهد و از کاهش خروجی خورشیدی به دلیل تخلفات هارمونیکی جلوگیری می‌کند.
